DE102013100973A1

DE102013100973A1 - Elektrische Heizeinrichtung

Info

Publication number: DE102013100973A1
Application number: DE201310100973
Authority: DE
Inventors: Roland Starck
Original assignee: Eichenauer Heizelemente GmbH and Co KG
Current assignee: Eichenauer Heizelemente GmbH and Co KG
Priority date: 2012-10-02
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2014-04-03
Anticipated expiration: 2033-02-01
Also published as: DE102013100973B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung mit einem keramischen Heizelement (2), das zwei gegenüberliegende Kontaktseiten aufweist, an denen es elektrisch kontaktiert ist, einem Kontaktblech (4), das eine der beiden Kontaktseiten des Heizelements (2) elektrisch kontaktiert, einem Isolator (5), der auf der vom Heizelement (2) abgewandten Seite des Kontaktblechs angeordnet ist, einem durch Gießen oder Strangpressen hergestellten Gehäuse aus Metall, das einen Innenraum umgibt, in dem das Heizelement (2) angeordnet ist, wobei der Innenraum von einer oberen Wand (1a) und einer unteren Wand (1b) begrenzt ist, und die obere Wand (1a) und die untere Wand (1b) über zwei gegenüberliegende Seitenwände (1c) miteinander verbunden sind, wobei das Heizelement (2) mit einer seiner beiden Kontaktseiten der oberen Wand (1a) und mit seiner anderen Kontaktseite der unteren Wand (1b) zugewandt ist, wobei die Seitenwände (1c) durch Verpressen des Gehäuses (1) plastisch verformt sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in dem Gehäuse (1) ein Blechpolster (6) eingequetscht ist, das beim Verpressen des Gehäuses (1) plastisch verformt wurde, um die Wärmeankopplung des Heizelements an das Gehäuse (2) zu verbessern.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Heizeinrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Eine solche Heizeinrichtung ist aus der DE 10 2009 012 982 A1 bekannt.
Durch Gießen oder Strangpressen können problemlos Metallgehäuse mit großen Wandstärken hergestellt werden. Derartige Gehäuse sind deshalb mechanisch stabiler als beispielsweise durch Tiefziehen oder Fließpressen hergestellte Gehäuse, die zudem nur an einem Ende offen sind.
Keramische Heizelemente können in durch Gießen oder Strangpressen hergestellten Gehäusen wirksam vor schädlichen Umwelteinflüssen geschützt werden. Wichtig ist dabei eine gute Wärmeankopplung des Heizelements an das umgebende Metallgehäuse. Üblicherweise werden deshalb Gehäuse nach dem Einbringen keramischer Heizelemente verpresst, so dass von Heizelementen erzeugte Wärme gut an das Metallgehäuse abgegeben werden kann. Wegen der hohen mechanischen Stabilität von durch Gießen oder Strangpressen hergestellten Metallgehäusen sind für das Verpressen erhebliche Drücke erforderlich.
Zum Schutz vor chemisch aggressiven Fluiden, beispielsweise bei Heizeinrichtungen für Flüssigkeitstanks, können die Metallgehäuse zusätzlich mit einem Kunststoffmantel versehen werden. Aus der DE 10 2005 036 430 A1 ist eine Tankheizung mit einem kunststoffummantelten Metallgehäuse bekannt, das als ein Strangpressprofil hergestellt ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen Weg aufzuzeigen, wie kostengünstig eine Heizeinrichtung der eingangs genannten Art geschaffen werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Heizeinrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß ist in dem Gehäuse der Heizeinrichtung ein Blechpolster eingequetscht, das beim Verpressen plastisch verformt wurde und eventuelle Unebenheiten oder Rauhigkeiten einer an ihm anliegenden Wand des Gehäuses, des Heizelements oder des Isolators ausgleicht, um die Wärmeankopplung des Heizelements an das Gehäuse zu verbessern. Das Blechpolster lässt sich plastisch schon durch geringen Druck verformen, ist also aus einem weichen, duktilen Metall. Das Blechpolster bewirkt deshalb vorteilhaft, dass der zum Verpressen erforderliche Druck sowie die für eine gute Wärmeankopplung erforderliche plastische Verformung des Gehäuses reduziert sind.
Der zum Verpressen benötigte Druck muss zunächst das Gehäuse, genauer gesagt dessen Seitenwände, plastisch verformen. Sobald Ober- und Unterseite des Gehäuses dann auf das zuvor in das Gehäuse eingeschobene Paket aus Heizelement, wenigstens einem Kontaktblech und Isolator drücken, setzt dieses Paket einer weiteren plastischen Verformung des Gehäuses einen erheblichen Widerstand entgegen. Wenn das Paket auch ein Blechpolster enthält, ist dieser Widerstand deutlich reduziert, da bereits relativ geringe Druckkräfte ausreichen, um das Blechpolster plastisch zu verformen. Durch seine plastische Verformung gleicht das Blechpolster eventuelle Unebenheiten, Rauhigkeiten des Gehäuses bzw. des Heizelements aus und sorgt so für eine gute thermische Ankopplung an das Gehäuse. Dies ist insbesondere bei Druckgussgehäusen vorteilhaft, die Lunker haben können und deshalb trotz Verwendung eines Materials, das an sich eine gute Wärmeleitfähigkeit hat, lokal eine relativ schlechte Wärmeleitfähigkeit haben können. Durch ein Blechpolster kann die Wärme über eine größere Fläche verteilt und so leichter über das Gehäuse nach außen abgegeben werden.
Das Blechpolster kann an dem Heizelement anliegen oder beispielsweise an dem Isolator, dem Kontaktblech oder einem der Kontaktbleche anliegen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass das Heizelement in das Blechpolster eingedrückt ist. Dies bedeutet, dass das Blechpolster an wenigstens einer Seite über das Heizelement übersteht und durch plastische Verformung eines an dem Heizelement anliegenden Abschnitts des Blechpolsters der über das Heizelement überstehende Abschnitt eine größere Dicke als der an dem Heizelement anliegende Abschnitt hat. Wenn das Blechpolster auf zwei oder mehr Seiten über das Heizelement übersteht, sitzt das Heizelement in einer Vertiefung des Blechpolsters, die durch plastische Verformung geschaffen wurde.
Es kann aber auch ein Blechpolster verwendet werden, das eine kleinere Fläche als das Heizelement hat. Ein solches Blechpolster wird beim Verpressen auf seiner gesamten Fläche plattgequetscht.
Wenn das Blechpolster an dem Isolator anliegt, beispielsweise einem Keramikplättchen, kann der Isolator in das Blechpolster eingeprägt sein. Wenn das Blechpolster an dem Isolator anliegt, ist bevorzugt das Blechpolster auf der von dem Heizelement abgewandten Seite des Isolators angeordnet. Es ist aber auch möglich, dass das Blechpolster zwischen dem Heizelement und dem Isolator liegt.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass das Blechpolster eine Quetschgrenze von höchstens 120 N/mm², vorzugsweise von höchstens 100 N/mm², besonders bevorzugt höchstens 70 N/mm² hat. Die Quetschgrenze gibt an, unter welcher (einaxialen) Druckbelastung ein Material beginnt sich plastisch zu verformen. Bei gängigen Werkstoffen stimmt der Wert der Quetschgrenze in der Regel mit dem Wert der Streckgrenze überein.
Das Blechpolster ist bevorzugt weicher als das Material des Gehäuses und auch weicher als das Kontaktblech. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht deshalb vor, dass das Blechpolster eine Quetschgrenze hat, die höchstens 4/5, vorzugsweise höchstens 3/5 der Quetschgrenze des Gehäuses beträgt. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht deshalb vor, dass das Blechpolster eine Quetschgrenze hat, die höchstens 4/5, vorzugsweise höchstens 3/5 der Quetschgrenze des Kontaktblechs beträgt.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass das Blechpolster eine Brinellhärte von höchstens 80, vorzugsweise höchstens 70, besonders bevorzugt von höchstens 50, hat. Die Brinellhärte ist dabei nach EN ISO 6506 zu messen.
Bevorzugt hat das Blechpolster eine Brinellhärte, die höchstens 4/5, vorzugsweise höchstens 3/5 der Brinellhärte des Kontaktblechs beträgt. Bevorzugt ist ferner, dass das Blechpolster eine Brinellhärte hat, die höchstens 90%, vorzugsweise höchstens 4/5, besonders bevorzugt höchstens 3/5 der Brinellhärte des Gehäuses beträgt.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die plastische Verformung der beiden gegenüberliegenden Seitenwände in Längsrichtung der Seitenwände zunimmt. Der Innenraum, in welchem wenigstens ein keramisches Heizelement angeordnet ist, hat also vor dem Verpressen eine sich keilförmig verjüngende Form. Beim Verpressen wird das dünnere Ende des keilförmigen Innenraums weniger stark verformt als das dickere Ende. Durch das Verpressen wird also der Keilform entgegengewirkt, so dass sich im Idealfall ein Gehäuse mit parallel verlaufenden Ober- und Unterseiten ergibt. Die Seitenwände, welche Ober- und Unterseite des Gehäuses verbinden, werden demzufolge am dickeren Ende des Gehäuses stärker verformt als am dünneren Ende. Indem das Gehäuse durch Gießen zunächst so hergestellt wird, dass sich der Innenraum des Gussgehäuses keilförmig verjüngt, lassen sich ein Heizelement oder mehrere Heizelemente leichter in den Innenraum des Gehäuses einbringen. Das vor dem Verpressen keilförmig ausgebildete Gussgehäuse kann an seinem dünneren Ende durch eine Seitenwand verschlossen sein. Möglich ist es auch, dass es einen durchgehenden Kanal aufweist.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die beiden gegenüberliegenden Seitenwände jeweils wenigstens einen gekrümmten Abschnitt aufweisen, um das Verpressen des Gehäuses zu erleichtern. Der gekrümmte Abschnitt definiert eine Sollbiegestelle, an der sich die Seitenwand beim Verpressen des Gehäuses biegt. Der gekrümmt Abschnitt kann nach innen oder nach außen gekrümmt sein, d. h. eine Ausbuchtung oder eine Einbuchtung bilden. Eine Seitenwand kann auch mehrere gekrümmte Abschnitte aufweisen, beispielsweise S-förmig ausgebildet sein.
Bevorzugt weist die Wandstärke in dem gekrümmten Abschnitt zwischen der oberen Wand und der unteren Wand ein Minimum auf und nimmt von diesem Minimum aus sowohl zur oberen Wand als auch zur unteren Wand hin zunimmt. Dadurch wird eine durch die Krümmung vorgegebene Sollbiegestelle noch weiter geschwächt, so dass sich das Gehäuse noch leichter verpressen lässt. Das Minimum kann ein lokales oder ein globales Minimum sein. Um durch eine Sollbiegestelle ein Verpressen mit geringem Kraftaufwand zu ermöglichen, ist ein Minimum der Wandstärke nicht erforderlich. Die Materialstärke sollte an der Sollbiegestelle aber nicht größer als oberhalb und unterhalb davon sein.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die obere Wand und/oder die untere Wand einen Bereich mit einer konvexen Außenfläche aufweist. Durch eine Wölbung der Außenfläche nach außen, kann die Stabilität der Wand erhöht werden, so dass bei Verpressen des Gehäuses die Gefahr einer unerwünschten Verformung der oberen bzw. unteren Gehäusewand reduziert ist. Durch eine konvexe Außenfläche lässt sich ein Anpressdruck wirksam auf die gegenüberliegenden Seitenwände ableiten, insbesondere wenn die Innenfläche der oberen bzw. unteren Wand nicht oder weniger gekrümmt ist, also die Wandstärke zu den gegenüberliegenden Seitenwänden hin abnimmt. Bevorzugt ist die Innenfläche der oberen bzw. der unteren Wand zumindest nach dem Verpressen eben.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die obere Wand und/oder die untere Wand einen Bereich mit einer konkaven Innenfläche, d. h. einer nach innen gewölbten Innenfläche, aufweist. Durch eine solche Wölbung kann die Stabilität der Wand erhöht werden, so dass bei Verpressen des Gehäuses die Gefahr einer unerwünschten Verformung der oberen bzw. unteren Gehäusewand reduziert ist. Durch eine gewölbte Innenfläche lässt sich ein Anpressdruck wirksam auf die gegenüberliegenden Seitenwände ableiten. Bevorzugt ist die Innenfläche der oberen bzw. der unteren Wand nach dem Verpressen eben.
Heizelement, Kontaktblech und Blechpolster können von einem Montageelement aus Kunststoff zu einer vormontierten Einheit verbunden werden, die sich gut handhaben lässt. Das Montageelement kann beispielsweise eine Klebstoffschicht sein, die das Kontaktblech bzw. das Blechpolster an dem Heizelement hält. Das Montageelement kann beispielsweise auch eine Folie sein, mit der Heizelement, Blechpolster und Kontaktblech umwickelt sind, oder ein Montagerahmen sein.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Gehäuse aus einer Aluminiumbasislegierung, insbesondere einer Aluminium-Silizium-Legierung ist. Aluminiumlegierungen haben eine vorteilhaft hohe Wärmeleitfähigkeit. Aluminium-Silizium-Legierungen kombinieren eine gute Wärmeleitfähigkeit mit vorteilhaften mechanischen Eigenschaften, die für ein Verpressen des Gehäuses günstig sind. Zudem lassen sich Aluminium-Silizium-Legierungen gut gießen und können hohe mechanische Spannung aushalten, so dass eine hohe Anpresskraft, mit der das wenigstens ein keramische Heizelement in dem Gehäuse verpresst ist, über lange Zeit erhalten bleiben kann.
Besonders bevorzugt beträgt der Siliziumgehalt der Aluminiumbasislegierung 5 Gew.-% bis 12 Gew.-%, vorzugsweise 7 Gew.-% bis 11 Gew.-%. Bevorzugt ist weiterhin, dass die übrigen Bestandteile der Aluminium-Silizium-Legierung weniger als 5 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 3 Gew.-%, insbesondere weniger als 2 Gew.-% ausmachen. Die Aluminium-Silizium-Legierung, aus der das Gehäuse gegossen ist, enthält bevorzugt 0,1 bis 1 Gew.-% Eisen, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,8 Gew.-% Eisen. Bevorzugt ist in der Aluminium-Silizium-Legierung Strontium mit einem Gewichtsanteil von 0,5 Gew.-% bis 1,5 Gew.-% enthalten. Besonders bevorzugt ist dabei, dass der Strontiumgehalt größer als der Eisengehalt ist. Eine solche Legierung lässt sich gut verpressen und hat eine vorteilhafte Wärmeleitung.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Blechpolster aus einem Metall besteht, das eine größere Reinheit hat als das Metall, aus dem das Gehäuse besteht. Mit anderen Worten enthält das Blechpolster neben dem Element das seinen Hauptbestandteil bildet, also eine geringere Menge an Verunreinigungen oder Legierungsbestandteilen als das Gehäuse. Blechpolster und Gehäuse müssen dabei nicht unbedingt aus einer Legierung auf Basis desselben Elements bestehen. Beispielsweise kann das Gehäuse aus einer Aluminiumbasislegierung bestehen und das Blechpolster aus Kupfer oder einer Kupferbasislegierung. Möglich ist beispielsweise auch, dass das das Gehäuse aus einer Aluminiumbasislegierung und das Blechpolster aus Aluminium oder einer (reineren) Aluminiumbasislegierung, die einen geringeren Anteil an Legierungsbestandteilen enthält. Die Reinheit ist dabei jeweils in Atomprozent zu vergleichen.
Typischerweise sind nämlich reine Metalle, d. h. chemische Elemente, weicher und leichter plastisch verformbar als Legierungen. Mit zunehmendem Legierungsgehalt nimmt die Härte in der Regel zu.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Gehäuse von einem Kunststoffmantel umgeben ist, der durch Spritzgießen hergestellt wurde. Beim Spritzgießen werden of Drücke von weit über 100 bar aufgebracht, die zu Beschädigungen des Gehäuses bzw. einer Heizeinrichtung führen können. Die hohe Plastizität des erfindungsgemäß eingesetzten Blechpolster verringert dabei die Gefahr einer Beschädigung. Bevorzugt ist das Blechpolster von dem Kunststoffmantel vollständig umgeben.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Gehäuse ein Rohrgehäuse ist. In einem Rohrgehäuse lässt sich vorteilhaft eine größere Anzahl von keramischen Heizelementen hintereinander anordnen.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das das Gehäuse eine Breite hat, die in Längsrichtung der plastisch verformten Seitenwände zunimmt. Auf diese Weise lässt sich eine vormontierte Einheit aus einem oder mehreren Heizelementen und einem oder zwei Kontaktblechen noch leichter in das Gehäuse einbringen. Bevorzugt nimmt die Verformung der Seitenwände zusammen mit der Breite in Längsrichtung des Gehäuses zu. Insbesondere kann das Gehäuse an jenem Ende seine maximale Breite haben, an dem die plastische Verformung der Seitenwände maximal ist.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das das Blechpolster aus einem Metall besteht, das eine Wärmeleitfähigkeit von wenigstens 150 W/mK, vorzugsweise wenigstens 175 W/mK, insbesondere wenigstens 200 W/mK, beispielsweise 250 W/mK oder mehr, hat. Eine hohe Wärmeleitfähigkeit des Blechpolsters bedingt in Kombination mit der großen Wärmeübertragungsfläche, dass beim Einschalten der Heizeinrichtung sofort mehr Wärme von dem Heizelement abgeleitet werden kann. Bei Verwendung von PTC Heizelementen kann deshalb mehr Leistung eingespeist werden, bevor ein Temperaturanstieg zu einem Anstieg des Widerstands führt, der die Heizleistung reduziert.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Blechpolster aus einem Metall besteht, das eine größere Wärmeleitfähigkeit als das Metall des Gehäuses hat.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Blechpolster mit einer seiner beiden Seiten an dem Gehäuse anliegt.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Blechpolster an wenigstens einer Stelle eine größere Dicke als das Kontaktblech hat.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 das Gehäuse einer Heizeinrichtung in einer schematischen Draufsicht;
2 einen Längsschnitt des Gehäuses vor dem Verpressen;
3 einen Längsschnitt der Heizeinrichtung nach dem Verpressen; und
4 einen Querschnitt der Heizeinrichtung nach dem Verpressen.
Die in den 1 bis 4 dargestellte Heizeinrichtung hat ein Gussgehäuse 1, das einen Innenraum umgibt, in dem wenigstens ein keramisches Heizelement 2, beispielsweise ein PTC-Heizelement, angeordnet ist. Das Gussgehäuse 1 kann Wärmeabgabeelemente wie Kühlrippen oder ähnliches aufweisen.
Wie insbesondere die 2 bis 4 zeigen, wird der Innenraum von einer oberen Wand 1a und einer unteren Wand 1b begrenzt. Die obere Wand 1a und die untere Wand 1b sind über zwei gegenüberliegende Seitenwände 1c miteinander verbunden. Das Gussgehäuse 1 kann dabei als ein Rohrgehäuse ausgebildet sein, das an zwei gegenüber liegenden Enden offen ist. Möglich ist es aber auch, dass das Gehäuse 1 an einem Ende von einer weiteren Seitenwand verschlossen ist.
Wie 2 zeigt, hat das Gehäuse 1 vor dem Verpressen einen keilförmigen Innenraum. Der Abstand zwischen der oberen Wand 1a und der unteren Wand 1b nimmt vor dem Verpressen von einem Ende zum anderen Ende des Gehäuses 1 hin kontinuierlich zu. Nach dem Einbringen des keramischen Heizelements 2 in den Gehäuseinnenraum wird das Gehäuse 1 verpresst. Dabei werden die beiden gegenüberliegenden Seitenwände 1c plastisch verformt. Nach dem Verpressen liegt die obere Wand 1a bevorzugt parallel zu der unteren Wand 1b. Dies bedeutet, dass die plastische Verformung der beiden gegenüberliegenden Seitenwände 1c in Längsrichtung der Seitenwände 1c zunimmt.
Um das Verpressen zu erleichtern, sind die sich gegenüberliegenden Seitenwände 1c gekrümmt. Indem die Seitenwände 1c einen gekrümmten Abschnitt aufweisen, wird eine Sollbiegestelle definiert, die beim Verpressen des Gehäuses 1 nachgibt. Die beiden gegenüberliegenden Seitenwände 1c sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel nach außen ausgebuchtet, können beispielsweise aber auch innen eingebuchtet sein.
Wie 1 zeigt, hat das Gehäuse 1 eine Breite, die in Längsrichtung der plastisch verformten Seitenwände 1c zunimmt. Bevorzugt hat auch der Innenraum des Gehäuses 1, eine Breite, die in Längsrichtung der Seitenwände 1c zunimmt. Dabei nimmt die Breite des Innenraums des Gehäuses 1 in derselben Richtung zu wie die plastische Verformung der Seitenwände 1c. Der Innenraum hat seine größte Breite also an jenem Ende, an dem die plastische Verformung der Seitenwände 1c maximal ist.
Das keramische Heizelement 2 kann von einem Montagerahmen 3 aus Kunststoff gehalten, werden der bevorzugt auch ein Kontaktblech 4, einen Isolator 5 und ein Blechpolster 6 hält. Eine der beiden Kontaktflächen des Heizelements 2 ist der oberen Wand 1a und die andere Kontaktfläche der unteren Wand 1b zugewandt. Das Kontaktblech 4 liegt an einer der beiden Kontaktseiten des Heizelements 2 an.
Das Heizelement 2 liegt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen dem Kontaktblech 4 und einem Blechpolster 6, das aus einem anderen Material als das Kontaktblech 4 besteht. Es wird also an einer seiner beiden gegenüberliegenden Kontaktseiten von dem Kontaktblech 4 und an der anderen Seite von dem Blechpolster 6 kontaktiert. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt ein Massekontakt des Heizelements 2 über das Gehäuse. An sich ist es aber auch möglich ein zweites Kontaktblech für den Massekontakt einzusetzen, das ebenfalls durch einen Isolator gegenüber dem Gehäuse 1 isoliert ist. Das Blechpolster kann dann beispielsweise zwischen dem Heizelement und dem zweiten Kontaktblech angeordnet sein. Möglich ist auch, dass das Blechpolster 6 zwischen dem Isolator 5 und der ihm nächstliegenden Gehäusewand angeordnet ist. Möglich ist es an sich auch, das Blechpolster als zweites Kontaktblech, das aus einem anderen Material als das erste Kontaktblech ist, zu verwenden und gegenüber dem Gehäuse zu isolieren. Dies führt allerdings zu Problemen, da das weiche Blechpolster schlecht geeignet ist, außerhalb des Gehäuses ein Kontaktelement zu tragen.
Das Blechpolster 6 ist bevorzugt vollständig in dem Gehäuse 1 angeordnet, ragt also nicht aus ihm heraus. Insbesondere bei Korrosionsproblemen kann das Kontaktblech 4 beispielsweise aus Edelstahl und das Blechpolster 6 aus weniger korrosionsbeständigem Material bestehen, beispielsweise Kupfer oder Aluminium bzw. einer Kupfer- oder Aluminiumbasislegierung.
Wie 4 zeigt, wird das Blechpolster durch das Verpressen plastisch verformt, so dass das Heizelement 2 in das Blechpolster 6 eingedrückt ist. Über das Heizelement 2 überstehende Abschnitte des Blechpolsters 6 bedecken deshalb einen Teil der Schmalseiten des Heizelements 2. Dort, wo das Blechpolster 6 über das Heizelement 2 übersteht hat es also eine größere Dicke als das Heizelement 2.
Das Blechpolster 6 kann beispielsweise aus wenigstens 97 Atom-% reinem Aluminium, insbesondere 99,5 Atom-% reinem Aluminium hergestellt sein. Technisch reines Aluminium hat typischer Weise eine Quetschgrenze von 40 N/mm² und eine Brinellhärte von 15. Gut geeignet wäre beispielsweise auch Kupfer, beispielsweise mindestens 97 Atom-% reines Kupfer, insbesondere 99,5 Atom-% reines Kupfer, bevorzugt mit einer Härte von 40 bis 65 HV. Möglich ist beispielsweise auch, das Blechpolster 6 aus einer Kupferaluminiumlegierung herzustellen, bei der die Summe der Kupfer- und Aluminiumanteile wenigstens 97 Atom-%, insbesondere wenigstens 99,5 Atom-% beträgt.
Das Gussgehäuse 1 ist aus einer Metalllegierung gegossen, beispielsweise aus einer Aluminiumbasislegierung mit einer Brinellhärte von bevorzugt 55 bis 77. Bevorzugt ist die Aluminiumbasislegierung eine Aluminium-Silizium-Legierung. Der Siliziumgehalt der Aluminium-Silizium-Legierung beträgt bevorzugt 5 Gew.-% bis 12 Gew.-%, insbesondere 7 Gew.-% bis 11 Gew.-%. Die Aluminiumbasislegierung kann zusätzlich weitere Legierungsbestandteile enthalten. Bevorzugt beträgt die Summe der übrigen Bestandteile der Aluminium-Silizium-Legierung weniger als 5 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 3 Gew.-%, insbesondere weniger als 2 Gew.-%. Bevorzugt enthält die Aluminiumbasislegierung 0,1 Gew.-% bis 1 Gew.-% Eisen, besonders bevorzugt 0,4 Gew.-% bis 0,8 Gew.-% Eisen. Bevorzugt ist der Aluminiumbasislegierung Strontium beigemischt, beispielsweise 0,5 Gew.-% bis 1,5 Gew.-% Strontium.
Das Kontaktblech 4 kann ebenfalls aus einer Aluminiumbasislegierung bestehen. Bevorzugt enthält diese Aluminiumbasislegierung einen größeren Anteil an Legierungsbestandteilen als das Blechpolster 6.
Das Gussgehäuse 1 kann nach dem Einführen des Montagerahmens 3 und dem Verpressen mit Kunststoff ummantelt werden. Der in den Figuren nicht dargestellte Kunststoffmantel kann beispielsweise durch Spritzgießen oder als Pulverbeschichtung aufgetragen werden.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist in dem Innenraum der Heizeinrichtung nur ein einziges Heizelement 2 angeordnet. In dem Innenraum der Heizeinrichtung können aber auch mehrere keramische Heizelemente angeordnet sein.
Die obere Wand 1a des Gehäuses kann eine konvex gewölbte Außenfläche aufweisen. Auf diese Weise lässt sich die obere Gehäusewand 1a mechanisch stabilisieren und so die Gefahr einer unerwünschten Verformung beim Verpressen reduzieren. Um einen guten Wärmekontakt zu erleichtern, hat die obere Gehäusewand 1a bevorzugt eine ebene Innenfläche.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009012982 A1 [0001]
DE 102005036430 A1 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

EN ISO 6506 [0015]

Claims

Heizeinrichtung mit einem keramischen Heizelement (2), das zwei gegenüberliegende Kontaktseiten aufweist, an denen es elektrisch kontaktiert ist, einem Kontaktblech (4), das eine der beiden Kontaktseiten des Heizelements (2) elektrisch kontaktiert, einem Isolator (5), der auf der vom Heizelement (2) abgewandten Seite des Kontaktblechs angeordnet ist, einem durch Gießen oder Strangpressen hergestellten Gehäuse aus Metall, das einen Innenraum umgibt, in dem das Heizelement (2) angeordnet ist, wobei der Innenraum von einer oberen Wand (1a) und einer unteren Wand (1b) begrenzt ist, und die obere Wand (1a) und die untere Wand (1b) über zwei gegenüberliegende Seitenwände (1c) miteinander verbunden sind, wobei das Heizelement (2) mit einer seiner beiden Kontaktseiten der oberen Wand (1a) und mit seiner anderen Kontaktseite der unteren Wand (1b) zugewandt ist, wobei die Seitenwände (1c) durch Verpressen des Gehäuses (1) plastisch verformt sind, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (1) ein Blechpolster (6) eingequetscht ist, das beim Verpressen des Gehäuses (1) plastisch verformt wurde, um die Wärmeankopplung des Heizelements an das Gehäuse (2) zu verbessern.
Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (2), das Kontaktblech (4) oder der Isolator (5) in das Blechpolster (6) eingedrückt sind.
Heizeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechpolster (6) eine Quetschgrenze von höchstens 120 N/mm², vorzugsweise von höchstens 100 N/mm², besonders bevorzugt von höchstens 70 N/mm² hat.
Heizeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechpolster (6) eine Quetschgrenze hat, die höchstens 4/5, vorzugsweise höchstens 3/5 der Quetschgrenze des Gehäuses (1) beträgt.
Heizeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechpolster (6) eine Quetschgrenze hat, die höchstens 4/5, vorzugsweise höchstens 3/5 der Quetschgrenze des Kontaktblechs (4) beträgt.
Heizeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechpolster (6) eine Brinellhärte von höchstens 80, vorzugsweise höchstens 70 hat.
Heizeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechpolster (6) eine Brinellhärte hat, die höchstens 4/5, vorzugsweise höchstens 3/5 der Brinellhärte des Kontaktblechs (4) beträgt.
Heizeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechpolster (6) eine Brinellhärte hat, die höchstens 90%, vorzugsweise höchstens 4/5, besonders bevorzugt höchstens 3/5 der Brinellhärte des Gehäuses (1) beträgt.
Heizeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die plastische Verformung der Seitenwände (1c) in ihrer Längsrichtung zunimmt.
Heizeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechpolster (6) vollständig in dem Gehäuse (1) angeordnet ist.
Heizeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) mit Kunststoff umspritzt ist.
Heizeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechpolster (6) aus einem Metall besteht, das eine größere Reinheit hat als das Metall, aus dem das Gehäuse (1) besteht.
Heizeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechpolster (6) aus einem Metall besteht, das eine größere Reinheit hat als das Metall, aus dem das Kontaktblech (4) besteht.
Heizeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechpolster (6) aus einem Metall besteht, das eine Wärmeleitfähigkeit von wenigstens 150 W/mK, vorzugsweise wenigstens 175 W/mK, insbesondere wenigstens 200 W/mK, hat.